La méthode théorique la plus utilisée pour étudier la réactivité chimique est la recherche des points stationnaires de la surface d'énergie potentielle. Mais la taille croissante des systèmes étudiés augmente la flexibilité du système et des simulations incluant l'aspect dynamique devient alors nécessaire. Dans le présent manuscrit, nous étudions diverses problématiques chimiques. Nous avons ainsi modélisé des interrupteurs et rotors moléculaires. Nous avons testé pour ces systèmes ainsi que pour l'interaction cryptophane-petites molécules, où les interactions faibles jouent un rôle important, la validité des DFT-D. D'un point de vue de la réactivité chimique, nous avons étudié une réaction de cycloaddition catalysée par un complexe de Pt (II). Finalement nous avons déterminé les grandeurs thermodynamiques et en particulier l'entropie de réactions péricycliques : une réaction intramoléculaire Dies-Alders et la réaction de Claisen. L'ensemble de ces phénomènes a été étudié par métadynamique et/ou calculs statiques. La première étude nous a permis d'évaluer les interactions, qui sont présentes dans un interrupteur et un rotor moléculaire. Sur la base de ces interactions nous avons proposé des nouveaux substituant et fait le lien entre la nature du substituant et les propriétés observées. Puis, nous avons implémenté l'approche de Grimme pour tenir compte des interactions de type London dans le logiciel Gaussian09 pour l'atome de Pt. La dernière partie du manuscrit propose deux implémentations : l'une pour le suivi des effets entropiques en utilisant l'énergie comme variable collective dans la métadynamique, l'autre concernant la méthode du bias-exchange-métadynamique.

Ce travail porte sur la simulation numérique des structures magnétiques dans les matériaux ferromagnétiques. Nous nous sommes intéressés au mouvement de parois et de lignes de Bloch en utilisant une approche bidimensionnelle. Le problème initial, équations de Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG), est tridimensionnel. Il fallait donc simplifier le problème et le formuler en dimension deux avant de faire la simulation. Dans un premier temps, nous avons résolu numériquement le modèle simplifié des équations de (LLG) donné par Slonczewski. Nous avons calculé le champ démagnétisant dans le cas d'une paroi sans structure. Des études locales des ingularités du champ au niveau de la paroi ont été menées. Une formule de quadrature pour approcher le champ est aussi proposée. L'étude est ensuite généralisée au cas d'une paroi avec structure. La discrétisation du modèle de Slonczewski nous a conduit à étudier entre autres l'évolution d'une courbe sous l'influence de sa courbure. Un schéma semi-implicite est proposé et une méthode d'approximation de la courbure pour une courbe définie par un nombre fini de points est détaillée et analysée. Nous avons également développé un algorithme pour la résolution d'une équation aux dérivées partielles posée sur une courbe en mouvement. Dans un second temps, nous avons proposé un nouveau modèle simplifié des équations de (LLG). Il est donné par deux équations couplant la vitesse normale d'une courbe (centre de la paroi) et l'angle azimutal. Contrairement à Slonczewski, nous avons tenu compte des interactions entre lignes de Bloch. Nous avons terminé l'exposé par la validation des différentes discrétisations et approximations, des résultats de la physique sont obtenus: domaines en labyrinthes, translation d'une bulle, annihilation de deux lignes déroulantes, déplacement de deux lignes enroulantes. La différence entre les deux modèles est aussi dégagée

Partant des composés ATiO3 (A=Ba, Pb, Sr) bien connus pour leurs propriétés de type ferroélectriques, il est possible de concevoir des super-réseaux de basse dimensionnalité (multi-couches, phases de type ,...) où ces propriétés peuvent être modulées en fonction de la composition, de l'épaisseur des couches mises en jeu, des contraintes aux interfaces. Nous proposons ici d'étudier par calculs de premiers principes les instabilités structurales et la dynamique de réseau pour des systèmes simples dans cette famille. En définissant clairement les zones interfaciales et de cœur des couches, et en étudiant la convergence de leurs propriétés en fonction de l'épaisseur, ce travail vise à établir des potentiels interatomiques modèles, analytiques et transférables, pour la prédiction des propriétés dynamiques et des instabilités structurales de super-réseaux étendus et/ou complexes.

Le contexte général de cette thèse se situe dans le domaine de la synthèse RTL (Register Transfer Level). Une spécification initiale en termes de transferts de registres décrite dans un langage de haut niveau (VHDL, Verilog) définit l'ordre des opérations. A partir de cette spécification, le système de synthèse RTL génère une description structurelle fonctionnellement équivalente interconnectant des portes de base et des macro blocs de la cible technologique. Le langage de description considéré ici est le langage VHDL standardisé par le groupe IEEE en 1987. Ce choix est justifié par une étude comparative entre différents langages. Les principales caractéristiques du langage VHDL ainsi que les améliorations apportées par la nouvelle norme de 1992 sont évoquées. Dans une seconde partie, les limitations du langage VHDL pour son utilisation en synthèse et le flot de conception à partir d'une spécification RTL sont présentés. Plusieurs modèles VHDL d'éléments simples et de macro blocs sont décrits pour la synthèse. Le flot général de conception utilisant ces macro blocs est analysé et détaillé pour deux cas pratiques: l'utilisation des générateurs XBLOX de Xilinx et ACTgen d'Actel dans le logiciel de synthèse ASYL+. La dernière partie s'attache plus précisément à la modélisation d'éléments de bibliothèques en vue de leur utilisation en synthèse. Un format de bibliothèque, permettant de décrire tout aussi bien des portes simples que des macro blocs, est défini. Le nouveau format de bibliothèque standard VITAL est analysé ainsi que ses perspectives d'utilisation en simulation et en synthèse. La norme LPM qui définit un ensemble d'éléments standards indépendants de la technologie est également présentée. Cette dernière partie a conduit à la définition d'un nouveau flot de synthèse unifié utilisant les macro blocs et à la mise en place de plusieurs optimisations basées sur la notion de dérivation

Technique récente, la microscopie à rayons X offre aujourd'hui une résolution spatiale supérieure à celle de la microscopie optique (20 nm contre 200 nm en microscopie optique confocal laser). Elle offre également un meilleur pouvoir de pénétration que la microscopie électronique (jusqu'à 10 μm contre 1 μm en microscopie électronique à moyenne et haute tension). Ainsi, la microscopie à rayons X mous (longueurs d'onde comprises entre 2,4 et 4,3 nanomètres) permet l'analyse à haute résolution en 2 ou 3 dimensions d'échantillons biologiques placés dans des conditions proches de leur milieu naturel (contrairement aux microscopes électroniques classiques qui imposent une préparation des échantillons). Cependant, la réduction de la dose absorbée par l'échantillon nécessite des durées d'expositions aussi courtes que possible. Or, effectuer une acquisition avec peu de photons se fait au détriment du rapport signal sur bruit des images. Un de nos objectifs a été le développement d'outils pour l'amélioration et la restauration de ces images. La première partie de nos travaux a consisté à déterminer la fonction de transfert du microscope à rayons X en transmission et à comparer les résultats obtenus avec le modèle théorique de la formation des images. Dans la seconde partie, nous avons complété les modèles existants liant le nombre de photons et le contraste, en prenant en compte le mode de formation des images dans le microscope. La troisième partie de ces travaux concerne le développement de techniques de traitement numérique des images dans le but d'améliorer et de restaurer des images obtenues par microscopie à rayons X avec de faibles temps d'exposition. Ces processus ont été appliqués à l'étude par microscopie à rayons X de différents types d'échantillons biologiques

Partant des composés ATiO3 (A=Ba, Pb, Sr) bien connus pour leurs propriétés de type ferroélectriques, il est possible de concevoir des super-réseaux de basse dimensionnalité (multi-couches, phases de type ,…) où ces propriétés peuvent être modulées en fonction de la composition, de l'épaisseur des couches mises en jeu, des contraintes aux interfaces. Nous proposons ici d'étudier par calculs de premiers principes les instabilités structurales et la dynamique de réseau pour des systèmes simples dans cette famille. En définissant clairement les zones interfaciales et de cœur des couches, et en étudiant la convergence de leurs propriétés en fonction de l'épaisseur, ce travail vise à établir des potentiels interatomiques modèles, analytiques et transférables, pour la prédiction des propriétés dynamiques et des instabilités structurales de super-réseaux étendus et/ou complexes. / The aim of the present thesis is to investigate, from first-principles, the ferroelectricproperties and related phase transition behaviors in perovskite type compounds. Wewill not focus only on the bulk perovskite systems, but also on related layered superlatticeswhere the interface may play an important role and induce new phenomena.

Cette thèse s'intéresse d'une part au problème de décomposition technologique orienté surface sur des réseaux programmables de type FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) et d'autre part à la synthèse des macro-générateurs sur ASICs et plus précisément de la synthèse des additionneurs. La décomposition s'articule autour de deux axes essentiels: tout d'abord, il s'agit d'optimiser la taille de la représentation des fonctions booléennes. Les représentations de base choisies ici sont les ROBDDs (Reduced Ordered Binary Decision Diagrams) ainsi qu'une structure dérivée, les ITE (If Then Else). La deuxième étape concerne la décomposition proprement dite. Les technologies cibles sont ici des FPGAs à base de LUT-k (Look Up Table), en particulier les FPGAs XC5200 de Xilinx et Orca de AT&T. Les deux méthodes de décomposition technologique orienté surface proposées permettent une décomposition hétérogène en prenant en compte non pas une seule configuration mais un ensemble de configurations possibles de la cellule cible. La première méthode est fondée sur un parcours descendant et optimisé du ROBDD. La seconde méthode s'appuie sur une modélisation en recouvrement d'hypergraphe du problème de décomposition technologique. Dans les deux méthodes, le coût exact en terme de surface finale du circuit est pris en compte à chaque étape de la décomposition. L'étude menée dans la deuxième partie de la thèse sur la macro-génération conduit dans un premier temps à l'exploration de l'espace des solutions possibles puis à l'optimisation d'une solution sélectionnée par un algorithme de dérivation discrète. L'utilisation d'un filtre permet la restriction de l'espace des solutions à explorer et d'autre part guide le processus de dérivation en éliminant les solutions trivialement médiocres. La combinaison des processus d'exploration et de dérivations permet la génération de macros dont les caractéristiques physiques sont les plus proches possibles de celles fixées par un utilisateur potentiel. Ces méthodes ont été intégrées au sein d'un outil universitaire ASYL+ développé au laboratoire CSI

Cette thèse propose et analyse de nouvelles méthodes de synthèse logique. L'analyse concerne des outils de la "troisième génération" d'écriture de bases irrédondantes de fonctions booléennes, à savoir les minimiseurs dits symboliques. Cette génération de minimiseurs conduit à la solution optimale plus rapidement et avec moins d'espace mémoire que les heuristiques de la minimisation explicite. Elle permet également le calcul de la forme complémentée minimale sans être exposée à des problèmes d'explosion en complexité, ce qui permet d'aboutir à un choix efficace entre une fonction et son complément. Nous avons abordé ensuite les problèmes de granularité des expressions factorisées. Nous avons proposé une méthode originale de réinjection qui intègre d'une façon concurrente une phase de minimisation symbolique des expressions booléennes. Cette méthode a permis de "corriger" la granularité: d'une part, des expressions booléennes obtenues par la factorisation, d'autre part, des équations obtenues par une description de haut niveau de type VHDL. La méthode proposée peut être également appliquée en tant que minimiseur logique qui tient compte du partage de la logique entre les expressions booléennes, ce qui n'est pas possible avec un minimiseur logique local ou global. Les expériences pratiques et l'application sur les réseaux programmables de type CPLD sont concluantes. Enfin, nous avons proposé une méthode originale de l'exploration de l'espace des solutions des macro-générateurs de type additionneur. Cette méthode est fondée sur le filtrage des solutions générées et l'amélioration par dérivation d'une solution donnée. Cette approche peut être efficacement appliquée sur la macro-génération sous contraintes temporelles

L' étude d'une technique originale de croissance cristalline, basée sur l'utilisation d'un échangeur thermique et nommée HEM (Heat Exchanger Method), a été entreprise. Un dispositif expérimental a été développé et optimisé. La modélisation des échanges thermiques a conduit a l'élaboration d'un code de calcul numérique. Ce dernier est valide par confrontation des résultats de la simulation aux données expérimentales obtenues lors de la croissance d'un matériau école, le germanium. Le champ d'application de la technique HEM a alors été étendu à l'obtention de céramiques texturées du supraconducteur à haute température critique YBa2Cu3O7-x. Après une étude de la microstructure des textures, un mécanisme de texturation est proposé. Enfin, des cristaux du compose NaMgF3 (perovskite) sont obtenus par HEM. Leur étude en température, par observation des domaines ferroélastiques et par spectroscopie Raman, révèle l'existence d' une seule transition de phase.

Certaines propriétés des cuprates supraconducteurs restent aujourd'hui encore mystérieuses pour le monde scientifique. Ce travail vise a éclaircir l'une d'entre-elles: la nature de leurs porteurs de charge. Une approche théorique a été effectuée sur le composé La2CuO4 puis étendue a des composés de type cuprate supraconducteur exempts de cuivre. Elle consiste en des calculs de potentiel de Madelung et de diagrammes de structure de bandes. Les composes "TlBa2ZnO5" et "TlBa2MgO5" ayant servi de modèles pour ces calculs ont ensuite été préparés puis caractérisés par dosage iodométrique, diffraction des rayons X, spectrométrie Raman, MET et RPE. Les résultats alors obtenus mettent en évidence l'existence de trous d'électrons sur les atomes d'oxygène de ces composés, notes O dans le texte. Nous avons alors tenté d'expliquer le comportement encore inconnu de ces porteurs de charge. Une deuxième étude a été menée en parallèle de la précédente. Elle nous a permis de mettre a jour une nouvelle famille d'oxyhalogenures de tellure et d'alcalino-terreux de formulation A3Te2O6X2. Le composé pour lequel A=Sr et X=Cl a fait l'objet d'une détermination structurale complète. Les composés pour lesquels A=Sr, Ba et X=Br ont été isolés.